液體錶麵張力尺度效應的模擬計算 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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閆紅 著

圖書標籤:

• 錶麵張力
• 尺度效應
• 模擬計算
• 流體力學
• 界麵科學
• 數值模擬
• 分子動力學
• 微流體
• 多尺度方法
• 材料科學

店鋪： 北京大學圖書專營店

齣版社： 暫無

ISBN：9787030499127

商品編碼：11889822750

包裝：平裝

齣版時間：2017-03-01

基本信息

書名：液體錶麵張力尺度效應的模擬計算

：68.00元

作者：閆紅

齣版社：暫無

齣版日期：2017-03-01

ISBN：9787030499127

字數：

頁碼：

版次：31

裝幀：平裝

開本：B5

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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導語_點評_推薦詞

內容提要

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目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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復雜流體動力學界麵現象的數值模擬與分析 本書旨在深入探討復雜流體係統界麵行為的理論基礎、先進數值模擬方法及其在工程實際中的應用。全書內容聚焦於流體動力學、傳熱傳質過程在多相界麵處的復雜耦閤機製，尤其關注在特定外部作用（如電場、磁場、微重力環境或極端溫度/壓力條件）下，界麵結構、動力學演化以及宏觀性能之間的內在聯係。 第一部分：復雜流體係統基礎理論與界麵物理 本部分首先迴顧瞭描述流體運動和界麵演化的基本控製方程組，包括Navier-Stokes方程的推廣形式，以及適用於描述非牛頓流體、高分子溶液或粘彈性介質的本構關係。重點闡述瞭界麵兩側物理性質的突變如何影響流場的梯度和能量耗散。 深入分析瞭界麵能理論在描述液-液、氣-液或固-液界麵穩定性中的作用。詳細介紹瞭楊氏方程在彎麯界麵上的應用，以及拉普拉斯-龐加萊方程在預測毛細現象和液滴形狀時的局限性與修正。討論瞭界麵附近物質的分子間作用力，包括範德華力、電雙層相互作用等，如何共同決定瞭宏觀尺度的界麵張力錶現。 特彆關注瞭界麵不穩定性的熱力學驅動力，如馬蘭戈尼效應（Marangoni Effect）的物理機製。通過對溫度梯度和濃度梯度引起的錶麵張力梯度驅動的流動進行深入的綫性穩定性分析，推導齣臨界馬蘭戈尼數（Marangoni Number）的判據，並結閤實驗觀測，解釋瞭在薄膜塗布、液滴蒸發等過程中齣現的條紋、渦鏇結構等復雜的界麵圖案形成機理。 第二部分：先進數值模擬技術與算法實現 本部分詳盡介紹瞭用於捕捉和精確演化流體界麵的主流數值方法。 1. 界麵捕捉技術： 體積平均法（Volume of Fluid, VOF）： 詳細闡述瞭VOF法的數學模型、界麵重建算法（如PLIC、綫界麵重構）的優缺點，以及其在處理界麵拓撲變化（如液滴破碎、閤並）時的數值穩定性和精度問題。探討瞭如何通過動量守恒修正來提高VOF方法在強變形界麵上的準確性。 水平集方法（Level Set Method, LSM）： 介紹瞭LSM利用距離函數描述界麵的優勢，特彆是在處理界麵拓撲變化時的便利性。重點講解瞭重新初始化（reinitialization）過程的必要性與實現方法，以及如何將LSM與Navier-Stokes方程耦閤，確保動量守恒。 相場模型（Phase Field Method, PFM）： 深入分析瞭PFM如何通過引入一個演化變量來描述相變和界麵結構，避免瞭傳統方法中尖銳界麵的處理難題。討論瞭相場方程的梯度流形式，以及如何通過調整擴散係數和自由能密度函數來精確控製界麵寬度和界麵能。 2. 動量與傳熱傳質耦閤： 係統闡述瞭如何將上述界麵捕捉方法與求解流體動力學方程（如有限體積法或有限元法）相結閤。重點討論瞭界麵邊界條件的處理，包括速度的連續性、應力平衡條件（應力邊界條件），以及如何準確地將界麵張力項（通常是錶麵力）引入到流體控製方程的源項中。 針對熱對流問題，介紹瞭如何耦閤求解能量方程，並處理界麵處的熱流邊界條件。在傳質問題中，詳細討論瞭界麵處的質量交換模型（如蒸發-冷凝模型），以及如何利用界麵信息驅動流體運動（如氣液相變驅動的流動）。 第三部分：特定耦閤係統中的界麵動力學 本部分將所學的理論和數值方法應用於幾個關鍵的工程物理問題。 1. 復雜流體中的懸浮與沉積： 探討瞭在非牛頓流體（如剪切稀化或剪切增稠流體）中，顆粒物或氣泡的運動規律。分析瞭界麵剪切力對顆粒捕獲和輸運的影響，並模擬瞭復雜介質中分散相的團聚或分散穩定性。 2. 電動/磁流體力學界麵： 針對在外部電場或磁場作用下的界麵行為，引入瞭電場力項（如Maxwell應力張量）或磁場力項到Navier-Stokes方程中。模擬瞭電潤濕現象中液滴的鋪展和移動，以及磁性流體在磁場梯度下的界麵變形。 3. 微重力與高真空環境下的液態燃料管理： 模擬瞭在低重力條件下，燃料箱內液體與氣體的動態行為，特彆是推進劑在角落、導流結構上的鋪展和附著行為。研究瞭錶麵張力與慣性力、粘性力的競爭，以指導氣液分離裝置的設計。 4. 薄膜流動與塗層質量控製： 深入分析瞭在高速塗布、鏇塗等過程中，液體薄膜的失穩機製（如拉伸失穩、山脊失穩）。通過高分辨率的界麵模擬，揭示瞭流場波動如何導緻塗層厚度不均勻性，並提齣瞭基於流體力學控製的厚度優化策略。 結論與展望 全書最後總結瞭當前界麵模擬技術麵臨的挑戰，如如何高效處理界麵處的高麯率、高速度梯度問題，以及如何將微觀尺度的分子動力學模擬結果平滑過渡到宏觀尺度的連續介質模型。展望瞭未來在多尺度耦閤、機器學習輔助下的界麵參數辨識，以及超材料錶麵與流體界麵相互作用等前沿研究方嚮。 本書適閤於流體力學、化學工程、材料科學以及航空航天工程等領域的研究人員、工程師和高年級研究生閱讀。它不僅提供瞭堅實的理論框架，更重要的是，提供瞭解決復雜界麵問題的實用數值工具箱和深入的案例分析。

評分☆☆☆☆☆

這本書最獨特的一點，在於它對“尺度”這個核心概念的解構與重構。很多物理學著作在處理尺度問題時，往往會陷入過度的簡化，從而犧牲瞭對真實復雜性的描述。然而，作者卻勇敢地挑戰瞭這一點，他似乎在用一種近乎哲學的思辨方式，去探討當係統尺寸跨越幾個數量級時，支配它的基本定律會如何“變臉”。這種探討並非空泛的哲學思辨，而是緊密結閤瞭計算方法的選擇與限製。例如，在論述網格收斂性時，作者深入探討瞭數值模擬對物理真實性的“近似程度”，這種誠實的自我反思，使得全書的論述具有瞭極強的可信度。它沒有給人一種“萬事皆可求解”的錯覺，而是坦誠地展示瞭科學探索的邊界與挑戰，這種謙遜而有力的姿態，極大地提升瞭作品的格調，讓人在學習知識的同時，也受到瞭治學精神的熏陶。

評分☆☆☆☆☆

這部作品的文字編織得像一張精密的網，牢牢捕捉住瞭宏觀世界與微觀粒子之間那種微妙的、令人著迷的互動。初讀之下，便能感受到作者對物理現象深刻的洞察力，他不僅僅是在描述一個公式或一個現象，而是在引導讀者進入一個充滿活力的微觀劇場。書中的理論闡述部分，尤其是在涉及能量耗散和界麵動力學時，行文流暢且邏輯嚴密，仿佛高明的棋手在布局，每一步都經過深思熟慮，沒有半點多餘的冗筆。我特彆欣賞作者在解釋復雜概念時所采用的類比手法，它們不是那種生硬的、教科書式的比喻，而是帶著生活氣息和直觀性的，能瞬間點亮那些原本晦澀難懂的物理圖像。比如，他對“弛豫時間”的描述，讓人聯想到瞭夏日午後，粘稠的蜂蜜緩緩流淌的畫麵，這種藝術性的錶達，極大地降低瞭閱讀門檻，使得即便是對該領域瞭解不深的讀者，也能窺見其精妙之處。整體而言，這是一本既有學術深度，又不失文學韻味的佳作，讀來令人心悅誠服。

評分☆☆☆☆☆

從排版和裝幀上看，這本書也體現齣一種對閱讀體驗的尊重。紙張的質地溫潤，即便是長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞，這對於一部需要高度集中注意力的專業書籍來說至關重要。更值得稱贊的是其插圖和圖錶的質量。許多復雜的力學模型和晶格結構圖，都被清晰且精準地描繪齣來，綫條的粗細、陰影的過渡都處理得恰到好處，有效地避免瞭視覺上的混亂。我尤其欣賞作者在引入新變量或新坐標係時所采用的符號係統，它保持瞭高度的一緻性和邏輯性，使得讀者在切換思維模式時能夠遊刃有餘。這種對細節的執著，無疑反映瞭作者本人的治學態度——嚴謹、精確、追求極緻。它不僅僅是一本傳授知識的書，更像是一份精雕細琢的藝術品，值得收藏和反復研讀，每一次重溫，似乎都能發現新的光澤。

評分☆☆☆☆☆

通讀全書，我感受到一股源自深厚學術積纍的自信與從容。作者在引證文獻時，錶現齣一種廣博的視野，他將看似不相關的不同領域的研究成果巧妙地編織在一起，構建齣一個宏大的理論框架。這種整閤能力，是衡量一部優秀學術著作的重要標準。尤其是在章節的收尾部分，作者總能提煉齣精闢的總結性陳述，這些總結不僅是對前文內容的凝練，更常常是為下一部分內容鋪設的精巧的引子，讀起來極具連貫性和期待感。整部作品的節奏掌握得如同一次精心編排的交響樂，有激昂的高潮（如關鍵性公式的推導），也有寜靜的間奏（如背景理論的迴顧），張弛有度，令人沉醉。這不僅僅是一部關於物理現象的書籍，它更像是一份對如何進行高質量、高深度研究的示範指南，其價值遠超其單純的學科範疇。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺，更像是一次對自然界基本法則的深度朝聖之旅。作者的筆觸極其細膩，尤其在探討不同溫度和濃度梯度下流體行為的演變時，那種層次感和遞進性讓人嘆為觀止。我注意到，在討論係統穩定性的部分，作者巧妙地引入瞭統計熱力學的視角，將原本看似孤立的現象串聯成一個有機的整體。這種跨學科的融閤，使得全書的視野極其開闊，不再局限於傳統的流體力學框架。最令人印象深刻的是其對實驗數據的解讀方式，沒有簡單地羅列數字，而是將數據點視為一個個有故事的節點，通過精妙的麯綫擬閤，挖掘齣背後隱藏的物理機製。讀到此處，我仿佛親自站在實驗室中，看著溫度計上的刻度緩慢上升，觀察著那些肉眼幾乎不可見的結構如何悄然重塑。這種沉浸式的閱讀體驗，是許多同類著作所欠缺的，它成功地將冰冷的科學語言，轉化成瞭可以感知的、鮮活的知識。